ES2359307B2 - EXHAUST MANIFOLD OF A TURBO-SUPPLIED ALTERNATIVE ENGINE. - Google Patents
EXHAUST MANIFOLD OF A TURBO-SUPPLIED ALTERNATIVE ENGINE. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2359307B2 ES2359307B2 ES200900483A ES200900483A ES2359307B2 ES 2359307 B2 ES2359307 B2 ES 2359307B2 ES 200900483 A ES200900483 A ES 200900483A ES 200900483 A ES200900483 A ES 200900483A ES 2359307 B2 ES2359307 B2 ES 2359307B2
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- exhaust
- turbine
- wall
- manifold
- engine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 68
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 65
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 5
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 4
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 claims description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 14
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 13
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 13
- 230000004044 response Effects 0.000 description 13
- 108010004350 tyrosine-rich amelogenin polypeptide Proteins 0.000 description 13
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005526 G1 to G0 transition Effects 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
- F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
- F02M26/14—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the exhaust system
- F02M26/15—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the exhaust system in relation to engine exhaust purifying apparatus
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
- F01N13/011—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more purifying devices arranged in parallel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
- F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
- F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
- F01N13/14—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having thermal insulation
- F01N13/141—Double-walled exhaust pipes or housings
- F01N13/145—Double-walled exhaust pipes or housings with gas other than air filling the space between both walls
-
- F02M25/0718—
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
- F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
- F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
- F02M26/05—High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
- F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
- F02M26/42—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories having two or more EGR passages; EGR systems specially adapted for engines having two or more cylinders
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2340/00—Dimensional characteristics of the exhaust system, e.g. length, diameter or volume of the apparatus; Spatial arrangements of exhaust apparatuses
- F01N2340/02—Dimensional characteristics of the exhaust system, e.g. length, diameter or volume of the apparatus; Spatial arrangements of exhaust apparatuses characterised by the distance of the apparatus to the engine, or the distance between two exhaust treating apparatuses
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
- Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
- Exhaust Silencers (AREA)
- Supercharger (AREA)
Abstract
Colector de escape de un motor alternativo turbo-sobrealimentado con cualquier número de cilindros entre 2 y 6 y dotado de un sistema de EGR que comprende: a) una carcasa exterior (21) que incluye unas bridas de unión (23, 25) a, respectivamente, la culata (13) del motor y la turbina (15) y una apertura hacia un conducto de salida EGR (27) y una pared interior (31) de baja inercia térmica delimitando una cámara de regulación (33) de los gases de escape que se introducen en ella, tras pasar por una trampa de partículas (45), a través de una pluralidad de orificios (35) ubicados en la pared interior (31); b) ramas interiores (41) de entrada de los gases de escape enfrentadas a las pipas de escape (17), c) un conducto de salida (59) de los gases de escape hacia la turbina (15) configurado como una prolongación de la pared interior (31).Exhaust manifold of an alternative engine turbocharged with any number of cylinders between 2 and 6 and equipped with an EGR system comprising: a) an outer casing (21) that includes connecting flanges (23, 25) to, respectively, the cylinder head (13) of the engine and the turbine (15) and an opening to an EGR outlet duct (27) and a wall interior (31) of low thermal inertia delimiting a chamber of regulation (33) of the exhaust gases that are introduced into it, after going through a particle trap (45), through a plurality of holes (35) located in the inner wall (31); b) inner branches (41) of incoming exhaust gases facing to the exhaust pipes (17), c) an outlet duct (59) of the exhaust gases to the turbine (15) configured as a interior wall extension (31).
Description
Colector de escape de un motor alternativo turbo-sobrealimentado.Exhaust manifold of an alternative engine turbocharged.
La presente invención se refiere a un colector de escape de un motor alternativo turbo-sobrealimentado con cualquier número de cilindros entre 2 y 6 con trampa de partículas y recirculación de gases de escape (EGR).The present invention relates to a collector exhaust of an alternative engine turbocharged with any number of cylinders between 2 and 6 with particle trap and recirculation of exhaust gases (EGR).
De entre los diversos problemas planteados por los gases de escape de los motores Diesel turbo-sobrealimentados cabe destacar, a los efectos de la presente invención, los de su limpieza de partículas carbonosas, los de su recirculación a la admisión del motor y los relativos al aprovechamiento de su energía.Among the various problems raised by the exhaust gases of diesel engines turbo-supercharged should be noted, for the purpose of the present invention, those of its particle cleaning carbonates, those of its recirculation to the admission of the engine and the relative to the use of their energy.
En la técnica anterior se conocen varias propuestas para la limpieza de los gases de escape de motores Diesel antes de descargarlos a la atmósfera tanto en lo relativo a la eliminación de las partículas contaminantes carbonosas e hidrocarburos que contienen como a la reducción del contenido de óxidos de nitrógeno.In the prior art several are known Proposals for cleaning the exhaust of diesel engines before discharging them into the atmosphere both in relation to the removal of carbonaceous contaminating particles and hydrocarbons containing as to the reduction of the content of nitrogen oxides.
En cuando a la eliminación de partículas contaminantes se conocen distintas propuestas que utilizan distintos tipos de filtros. Una de ellas es la descrita en la patente EP 0 823 545 utilizando trampas de partículas y otra es la descrita en la patente ES 2155646 utilizando, particularmente, filtros de tipo "recogida por choque" en los que los agujeros de la malla son de mayor tamaño que las partículas y en la que únicamente se atrapan las partículas que chocan contra las paredes de la malla.As for the removal of particles pollutants are known different proposals that use different types of filters One of them is that described in EP 0 823 545 using particle traps and another is that described in the ES patent 2155646 using, in particular, type filters "shock collection" in which the holes in the mesh are larger than the particles and in which they are only trapped the particles that collide with the mesh walls.
En cuanto a la reducción del contenido de óxidos de nitrógeno, resulta bien conocida la técnica, referenciada generalmente con las siglas EGR, de recircular al menos una fracción de los gases del escape hacia el conducto de admisión del motor conociéndose diversas propuestas concretas tanto en lo relativo al diseño del circuito de recirculación como a la regulación y control del flujo de gas que se hace recircular.Regarding the reduction of the oxide content of nitrogen, the technique is well known, referenced generally with the acronym EGR, to recirculate at least a fraction of the exhaust gases to the engine intake duct knowing various concrete proposals both in relation to recirculation circuit design as to regulation and control of the gas flow that is recirculated.
Finalmente, también se conocen distintas propuestas para aprovechar la energía de los gases de escape en los turbogrupos de los motores sobrealimentados.Finally, they also know different proposals to harness the energy of the exhaust gases in the turbogroups of supercharged engines.
Si bien la técnica conocida proporciona soluciones eficaces para cada uno de los problemas individuales mencionados, la industria del automóvil demanda continuamente soluciones eficaces para la problemática señalada en su conjunto que requieren un balance apropiado entre la pérdida de energía que se produce inevitablemente en cualquier proceso de limpieza de los gases de escape y el grado de aprovechamiento deseable de la energía de los gases de escape en el turbogrupo.While the known technique provides effective solutions for each individual problem mentioned, the automobile industry continually demands effective solutions to the problem indicated as a whole that require an appropriate balance between the loss of energy that is inevitably produced in any cleaning process of exhaust gases and the degree of desirable use of energy of the exhaust gases in the turbogroup.
La presente invención está orientada a la satisfacción de esa demanda.The present invention is oriented to the Satisfaction of that demand.
Un objeto de la presente invención es un colector de escape de un motor Diesel de combustión interna, con cualquier número de cilindros entre 2 y 6, turbo-sobrealimentado y dotado de un sistema de EGR que consiga contribuir simultáneamente a alcanzar un alto grado de limpieza de los gases de escape y a lograr un alto grado de aprovechamiento de su energía.An object of the present invention is a exhaust manifold of an internal combustion diesel engine, with any number of cylinders between 2 and 6, turbocharged and equipped with an EGR system that manages to contribute simultaneously to reach a high degree of cleaning of exhaust gases and achieving a high degree of Use of your energy.
Otro objeto de la presente invención es un colector de escape de un motor Diesel de combustión interna, con cualquier número de cilindros entre 2 y 6, turbo-sobrealimentado y dotado de un sistema de EGR, que a su vez reduzca los fenómenos de inercia térmica y fluidodinámica de los gases de escape en su tránsito hacia la turbina y mejore la respuesta transitoria del motor turbo-sobrealimentado.Another object of the present invention is a exhaust manifold of an internal combustion diesel engine, with any number of cylinders between 2 and 6, turbocharged and equipped with an EGR system, which in turn reduce the phenomena of thermal inertia and dynamic fluid of the exhaust gases in their transit to the turbine and improve the transient motor response turbocharged.
Esos y otros objetos se consiguen proporcionando un colector de escape que incluye al menos una trampa de partículas para la retención de las partículas presentes en los gases de escape que comprende:Those and other objects are achieved by providing an exhaust manifold that includes at least one particle trap for the retention of particles present in the exhaust gases which includes:
a) Una carcasa exterior, que incluye unas bridas de unión a, respectivamente, la culata del motor y la turbina y una apertura hacia un conducto de salida EGR, y una pared interior sensiblemente paralela a la zona de la carcasa exterior situada entre dichas bridas y de menor inercia térmica que la carcasa exterior, delimitando una cámara de regulación de los gases de escape que se introducen en ella a través de una pluralidad de orificios ubicados en dicha pared interior, aguas abajo de dicha al menos una trampa de partículas.a) An outer shell, which includes flanges of attachment to, respectively, the cylinder head of the engine and the turbine and a opening towards an EGR outlet duct, and an inner wall substantially parallel to the area of the outer shell located between said flanges and of less thermal inertia than the housing exterior, delimiting a gas regulation chamber of escape that are introduced into it through a plurality of holes located in said inner wall, downstream of said to Less a particle trap.
b) Ramas interiores de entrada de los gases de escape enfrentadas a las pipas de escape.b) Internal branches of inlet gases Escape facing the exhaust pipes.
c) Un conducto de salida de los gases de escape hacia la turbina configurado como una prolongación de la pared interior.c) An exhaust duct towards the turbine configured as a wall extension inside.
En una realización preferente de la invención varias trampas de partículas de reducido tamaño están encastradas en la parte inicial de las ramas interiores. Se consigue con ello un colector compacto que minimiza la superficie de transmisión de calor con el exterior y el volumen en el que se expanden los gases de escape al llegar al mismo. Ambos fenómenos reducen respectivamente las pérdidas de calor y las pérdidas de energía cinética de los gases de escape.In a preferred embodiment of the invention several small particle traps are embedded in the initial part of the inner branches. You get with it a compact manifold that minimizes the heat transfer surface with the outside and the volume in which the gases expand Escape upon arrival. Both phenomena reduce respectively heat losses and kinetic energy losses of exhaust gases.
En otra realización preferente de la invención una única trampa de partículas de tamaño estándar, para la cilindrada del motor, está encastrada en un canal de filtrado configurado en la parte final del colector antes del conducto de salida. Se consigue con ello un colector de mayor volumen y superficie de transmisión de calor pero que consigue que la entrada de la trampa de partículas esté en el punto del colector donde la temperatura y la uniformidad del flujo de gases de escape es máxima. Por lo tanto, facilita la autoregeneración de la trampa de partículas. Además, el tamaño de trampa de partículas requerido está disponible comercialmente lo que abarata la fabricación del sistema.In another preferred embodiment of the invention a single standard size particle trap, for the engine displacement, is embedded in a filtering channel configured in the final part of the collector before the conduit of exit. This achieves a collector of greater volume and heat transfer surface but that gets the input of the particle trap is at the point of the collector where the temperature and the uniformity of the flow of exhaust gases is maximum. Therefore, it facilitates the self-regeneration of the trap particles In addition, the required particle trap size is commercially available which lowers the manufacturing of system.
En otra realización preferente de la invención el material de las trampas de partículas es un material cerámico. Se consigue con ello un colector en el que se minimiza eficazmente las pérdidas transitorias de calor de los gases de escape durante la limpieza de sus partículas mejorando con ello la respuesta transitoria del motor durante las aceleraciones del mismo.In another preferred embodiment of the invention The material of the particle traps is a ceramic material. Be this achieves a collector in which effectively minimizes the transient losses of heat from the exhaust gases during the cleaning its particles thereby improving the response transient motor during engine accelerations.
En otra realización preferente de la invención, la diferencia de espesor entre la carcasa exterior y la pared interior es de, al menos, 1,5 mm, a igualdad de material, por ejemplo acero inoxidable. Se consigue con ello un colector con baja inercia térmica en su pared interna que proporciona un balance apropiado entre la temperatura de los gases que se recirculan (EGR) y la temperatura de los gases que se hacen llegar a la turbina.In another preferred embodiment of the invention, the difference in thickness between the outer shell and the wall interior is at least 1.5 mm, equal to material, for stainless steel example. This achieves a collector with low thermal inertia in its inner wall that provides a balance appropriate between the temperature of the gases that are recirculated (EGR) and the temperature of the gases that are sent to the turbine.
En otra realización preferente de la invención, el colector también comprende tubos unidos a la brida de unión a la culata del motor que se introducen en las pipas de escape del motor para evitar el contacto de los gases de escape con la culata. Se consigue con ello un colector con gases de escape a más temperatura y con un alto grado de eficiencia en el uso de la superficie útil de la trampa de partículas para la limpieza de las partículas contaminantes de los gases de escape cuando las trampas de partículas están encastradas en la parte inicial de las ramas interiores.In another preferred embodiment of the invention, The manifold also comprises tubes attached to the flange of connection to the Engine cylinder head that is inserted into the engine exhaust pipes to avoid the contact of the exhaust gases with the cylinder head. Be get a collector with exhaust gases at a higher temperature and with a high degree of efficiency in the use of the useful surface of the particle trap for particle cleaning pollutants from the exhaust when the traps of particles are embedded in the initial part of the branches interiors
Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue de realizaciones ilustrativas, y en ningún sentido limitativas, de su objeto en relación con los dibujos que se acompañan.Other features and advantages of this invention will follow from the detailed description that follows from illustrative, and in no sense limiting, embodiments of its object in relation to the accompanying drawings.
La Figura 1 muestra una vista en sección transversal de una primera realización de un colector de escape de un motor alternativo turbo-sobrealimentado de 4 cilindros según la presente invención.Figure 1 shows a sectional view cross section of a first embodiment of an exhaust manifold of an alternative turbocharged 4-engine cylinders according to the present invention.
La Figura 2 muestra una vista en sección transversal de una segunda realización de un colector de escape de un motor alternativo turbo-sobrealimentado de 4 cilindros según la presente invención.Figure 2 shows a sectional view cross section of a second embodiment of an exhaust manifold of an alternative turbocharged 4-engine cylinders according to the present invention.
Los motores Diesel turbo-sobrealimentados, con cualquier número de cilindros entre 2 y 6, a los que se refiere la presente invención disponen, como es bien conocido, de un conducto de admisión para la alimentación de aire a los cilindros del motor y un conducto o colector de los gases de escape resultantes de la combustión que lleva los gases de escape hacia la turbina de un turbogrupo. Además suele recircularse una cierta fracción de los gases de escape (EGR) desde el colector de escape al conducto de admisión tras someterlos a un proceso de enfriamiento, con el fin de reducir la cantidad de emisiones de NOx.Diesel engines turbocharged, with any number of cylinders between 2 and 6, to which the present invention relates they have, as is well known, an intake duct for the air supply to the engine cylinders and a duct or exhaust gas collector resulting from combustion that It carries the exhaust gases to the turbine of a turbogroup. further a certain fraction of the exhaust gas (EGR) is usually recirculated from the exhaust manifold to the intake duct after submitting them to a cooling process, in order to reduce the amount of NOx emissions
La Figura 1 es una ilustración esquemática de un colector de escape 11 según una primera realización preferente de la presente invención dispuesto entre la culata 13 de un motor Diesel de 4 cilindros de la topología mencionada y la turbina 15.Figure 1 is a schematic illustration of a exhaust manifold 11 according to a first preferred embodiment of the present invention disposed between the cylinder head 13 of a diesel engine of 4 cylinders of the mentioned topology and the turbine 15.
Los elementos básicos de la configuración del colector de escape 11 en la realización preferente que estamos describiendo son los siguientes:The basic elements of the configuration of exhaust manifold 11 in the preferred embodiment that we are Describing are the following:
- Una carcasa exterior 21 de 2,5 mm de espesor realizada en fundición o acero inoxidable que incluye unas bridas de unión 23, 25 a, respectivamente, la culata 13 del motor y la turbina 15 y una apertura hacia un conducto de salida 27 de los gases de escape destinados a la recirculación (EGR) controlado por una válvula de EGR 29.- An outer shell 21 2.5 mm thick made of cast iron or stainless steel that includes flanges of junction 23, 25 a, respectively, the cylinder head 13 of the engine and the turbine 15 and an opening towards an outlet duct 27 of the gases of exhaust intended for recirculation (EGR) controlled by a EGR valve 29.
- Una pared interior 31 de 1 mm de espesor realizada en hierro o acero inoxidable sensiblemente paralela a la zona de la carcasa exterior 21, situada entre las bridas 23, 25, delimitando una cámara de regulación 33 del EGR que se introduce en ella a través de, al menos, una serie de orificios o lumbreras 35 en la pared interior 31. Una característica importante de la presente invención es que la inercia térmica de la pared interior 31 (definiéndose inercia térmica como el producto de la densidad del material por su calor específico) debe ser la más baja posible compatible con la integridad del material y menor en todo caso que la de la carcasa exterior 21. A igualdad de material se entiende que la diferencia de espesor entre la carcasa exterior 21 y la pared interior 31 debe ser de, al menos, 1,5 mm.- An inner wall 31 1 mm thick made of iron or stainless steel substantially parallel to the area of the outer shell 21, located between the flanges 23, 25, delimiting a regulation chamber 33 of the EGR that is introduced into it through at least a series of holes 35 in the inner wall 31. An important feature of the present invention is that the thermal inertia of the inner wall 31 (defining thermal inertia as the product of the density of material for its specific heat) should be as low as possible compatible with the integrity of the material and in any case less than that of the outer casing 21. Equal material means that the difference in thickness between the outer shell 21 and the wall interior 31 must be at least 1.5 mm.
- Cuatro ramas de entrada 41 de los gases de escape al colector 11, construidas de un espesor fino y con un material de baja inercia térmica, enfrentadas a las cuatro pipas de escape 17 del motor con trampas de partículas 45 encastradas en su parte inicial. Las trampas de partículas 45 son de un material de baja inercia térmica y, preferentemente, de un material cerámico.- Four input branches 41 of the gases of exhaust to manifold 11, constructed of a thin thickness and with a low thermal inertia material, facing the four pipes of engine exhaust 17 with particle traps 45 embedded in its initial part The particle traps 45 are made of a material of low thermal inertia and, preferably, of a material ceramic.
- Un conducto de salida 59 de los gases de escape hacia la turbina 15 configurado como una prolongación de la pared interior 31.- An outlet duct 59 of the gases exhaust to turbine 15 configured as an extension of the inner wall 31.
- Cuatro tubos 55 insertados en la parte recta de las cuatro pipas de escape 17 del motor.- Four tubes 55 inserted in the straight part of the four exhaust pipes 17 of the engine.
Con esa configuración se proporciona un colector 11 de estructura compacta con trampas de partículas 45 integradas, con una pequeña superficie de transmisión de calor al exterior que ayuda a conservar la temperatura de los gases de escape hasta su llegada a la turbina 15 y con un pequeño volumen interno que reduce fenómenos de inercia fluida de los gases de escape en su tránsito hacia la turbina 15 y mejora la respuesta transitoria del motor turbo-sobrealimentado debido a la reducción del transitorio de aceleración del turbogrupo durante los aumentos de carga del motor. Entre sus características técnicas y ventajas destacables cabe señalar las siguientes:With that configuration a collector is provided 11 of compact structure with integrated particle traps 45, with a small area of heat transfer abroad that It helps to conserve the temperature of the exhaust gases until its arrival at turbine 15 and with a small internal volume that reduces phenomena of fluid inertia of the exhaust gases in their transit towards turbine 15 and improves the transient response of the engine turbocharged due to reduced temporary acceleration of the turbogroup during increases in engine load Among its technical characteristics and advantages Notable are the following:
a) Las trampas de partículas 45 encastradas en las ramas de entrada 41 están situadas a la entrada del colector 11 justo a la salida de las pipas de escape 17 que son los conductos de descarga de los cilindros fundidos en la culata 13 del motor y por lo tanto aguas arriba de la turbina 15 en contraposición a una posición aguas abajo de la turbina 15 que es la posición que cabe considerar como estándar en la técnica anterior aunque también se conocen colectores con trampas de partículas situadas aguas arriba de la turbina 15.a) The particle traps 45 embedded in the input branches 41 are located at the entrance of the manifold 11 just at the exit of the exhaust pipes 17 which are the ducts of discharge of the molten cylinders in the cylinder head 13 of the engine and by therefore upstream of turbine 15 as opposed to a downstream position of turbine 15 which is the position that fits consider as standard in the prior art but also know collectors with upstream particle traps of the turbine 15.
La ubicación de las trampas de partículas 45 en las cuatro ramas 41 permite aproximar la sección frontal de cada trampa 45 a la sección geométrica de cada pipa de escape 17 consiguiendo con ello un aumento de la eficiencia en el uso del área de filtrado de las trampas 45. A su vez, el hecho de que las trampas de partículas 45 sean de un material con muy baja inercia térmica hace que el transitorio térmico, hasta sus condiciones de equilibrio, sea muy reducido en el tiempo y no represente una limitación en la energía disponible en el turbogrupo y por lo tanto en la respuesta transitoria del mismo durante los incrementos de carga del motor. Se posibilita así mismo una auto-regeneración de las trampas de partículas 45 mediante la autooxidación de las partículas de carbonilla y de hidrocarburos atrapadas en ellas debido a la alta temperatura que tienen los gases de escape a la salida de las pipas de escape 17 del motor. La auto-regeneración evita el uso de aditivos en el combustible, abaratando el mantenimiento y simplificando el motor. La auto-regeneración también evita la inyección de combustible para regenerar las trampas lo que mejora el rendimiento medio del motor.The location of particle traps 45 in the four branches 41 allows to approximate the front section of each trap 45 to the geometric section of each exhaust pipe 17 thereby achieving an increase in efficiency in the use of filter area of the traps 45. In turn, the fact that the particle traps 45 are made of a material with very low inertia thermal makes the thermal transient, up to its conditions of balance, be very reduced in time and do not represent a limitation on the energy available in the turbogroup and therefore in its transitory response during increases in engine load It also enables a self-regeneration of particle traps 45 by autooxidation of carbon particles and hydrocarbons trapped in them due to the high temperature that have the exhaust gases at the outlet of the exhaust pipes 17 of the engine. Self-regeneration avoids the use of additives in the fuel, reducing maintenance and simplifying the engine. Self-regeneration also prevents fuel injection to regenerate the traps which improves the average engine performance.
Por su parte, la situación de las trampas de partículas 45 aguas arriba de la turbina 15 y cerca de las pipas de escape 17 del motor aumenta la contra presión de los cilindros durante el periodo de descarga de las válvulas de escape. Esto reduce el salto de presiones en las válvulas de escape y por lo tanto reduce el periodo de tiempo en que se producen condiciones sónicas en estas válvulas. La reducción del periodo en condiciones sónicas hace que se reduzcan a su vez los importantes procesos de laminación de energía que tienen lugar durante las condiciones sónicas. Por lo tanto, se aumenta la energía disponible en los gases de escape para ser aprovechada por la turbina 15 del grupo de sobrealimentación. Esto redunda, por un lado, en una mejora de la respuesta transitoria del turbo-grupo ante incrementos de carga del motor. Por otro lado, en una mejora de la eficiencia global del motor si la turbina está controlada con un "waste-gate" (válvula que deriva los gases de escape directamente aguas debajo de la turbina sin pasar por ésta) ó es de geometría variable (como ocurre en prácticamente todos los motores sobrealimentados modernos) y se logra que la turbina (o el "waste-gate") trabajen en una posición más abierta.For its part, the situation of the traps of particles 45 upstream of turbine 15 and near the pipes of engine exhaust 17 increases cylinder counter pressure during the discharge period of the exhaust valves. This reduces the pressure drop in the exhaust valves and so both reduces the period of time in which conditions occur Sonic on these valves. The reduction of the period in conditions Sonic means that the important processes of energy lamination that take place during conditions Sonic Therefore, the available energy in gases is increased exhaust to be used by turbine 15 of the group of Overfeeding This results, on the one hand, in improving the transient response of the turbo-group before engine load increases. On the other hand, in an improvement of the overall engine efficiency if the turbine is controlled with a "waste-gate" (valve that derives gases from exhaust directly downstream of the turbine without passing through it) or is of variable geometry (as it happens in practically all modern supercharged engines) and the turbine (or the "waste-gate") work in one more position open
A su vez, la colocación de las trampas de partículas 45 aguas arriba de la turbina 15 reduce la contrapresión del motor y aumenta el salto de entalpías en la turbina 15 y por lo tanto también aumenta la energía que la turbina 15 puede recuperar. Si la turbina está controlada por un "waste-gate" o es de geometría variable este hecho también redunda en una mejora del rendimiento global del motor. La razón es que la laminación del flujo de gases que se produce en las trampas de partículas 45 reduce la presión aguas arriba de la turbina 15 pero menos que cuando la trampa está aguas abajo de la turbina, debido a la mayor densidad de los gases de escape en esta ubicación. Además, la laminación de los gases en la trampa mantiene la entalpía de los gases de escape. Por lo tanto, cuando éstos se expanden en la turbina 15, pueden hacerlo casi hasta la presión atmosférica debido a que las trampas de partículas 45 se han desplazado de su posición tradicional aguas abajo de la turbina.In turn, the placement of the traps of particles 45 upstream of turbine 15 reduces back pressure of the engine and increases the jump of enthalpies in turbine 15 and so so much also increases the energy that the turbine 15 can recover. If the turbine is controlled by a "waste-gate" or is of variable geometry this done also results in an improvement in the overall performance of the engine. The reason is that the gas flow lamination that is produces in particle traps 45 reduces water pressure above turbine 15 but less than when the trap is running below the turbine, due to the higher density of gases from Escape at this location. In addition, the lamination of gases in the trap keeps enthalpy of exhaust gases. Thus, when they expand in turbine 15, they can do so almost atmospheric pressure because the particle traps 45 are have shifted from their traditional position downstream of the turbine.
Adicionalmente, durante los procesos de regeneración de las trampas de partículas se obtendrá una mayor temperatura de los gases de escape aguas arriba de la turbina 15 y por lo tanto mayor energía disponible en la misma, lo que redundará en una mejora de la eficiencia y de la respuesta transitoria del motor. La mayor temperatura de los gases de escape también ayudará en los fenómenos catalíticos (producidos en el catalizador, situado aguas abajo de la turbina 15) durante las fases de regeneración de las trampas 45.Additionally, during the processes of regeneration of particle traps will get a greater exhaust gas temperature upstream of turbine 15 and therefore more energy available in it, which will result in in an improvement of the efficiency and the transient response of engine. The higher temperature of the exhaust gases will also help in catalytic phenomena (produced in the catalyst, located downstream of the turbine 15) during the regeneration phases of the traps 45.
b) La configuración de doble pared aportada por una carcasa exterior 21 convencional y una pared interior 31 de baja inercia térmica permite la recirculación de gases de escape través de la cámara de regulación 33. El EGR sale a través de los orificios 35 practicados en la pared interior 31 y ocupa la cámara 33 existente entre la pared interior 31 y la carcasa externa 21. El EGR será evacuado de esta cámara 33 a través de una electroválvula 29 controlada por la unidad de control del motor (ECU) y acoplada a un conducto de salida 27 del colector 11. Los orificios 35 y el conducto de salida 27 se sitúan en extremos opuestos del colector 11, los primeros en una posición próxima a la brida 25 y posterior a la unión de las ramas del colector (representada en la Figura 1 por el punto 51), donde los gases de escape tienen una mayor temperatura, y el segundo en una posición próxima a la brida 23, a fin de que el flujo de EGR llene toda la cámara 33 entre la pared interior 31 y la carcasa externa 21. El objeto de este llenado es doble, lograr, por un lado, un primer grado de enfriamiento del EGR en la cámara 33 y, por otro, calentar los gases de escape en el interior de la cámara colectora formada por la pared 31.b) The double wall configuration provided by a conventional outer casing 21 and a low inner wall 31 thermal inertia allows the recirculation of exhaust gases through of the regulation chamber 33. The EGR exits through the holes 35 practiced on the inner wall 31 and occupies the chamber 33 existing between the inner wall 31 and the outer shell 21. The EGR will be evacuated from this chamber 33 through a solenoid valve 29 controlled by the engine control unit (ECU) and coupled to a outlet duct 27 of the manifold 11. The holes 35 and the outlet duct 27 are located at opposite ends of the manifold 11, the first in a position close to flange 25 and later to the junction of the collector branches (represented in Figure 1 by point 51), where the exhaust gases have a higher temperature, and the second in a position close to flange 23, at so that the EGR flow fills the entire chamber 33 between the wall inner 31 and outer shell 21. The purpose of this filling is double, achieve, on the one hand, a first degree of cooling of the EGR in chamber 33 and, on the other, heating the exhaust gases in the inside the collecting chamber formed by the wall 31.
Gracias a que el EGR se recircula desde una posición aguas abajo de las trampas de partículas 45 y aguas arriba de la turbina 15 se obtiene EGR a alta presión y limpio de partículas. A su vez, el EGR está parcialmente refrigerado gracias a su paso por la cámara 33 situada entre la carcasa externa 21 y la pared interior 31. Ello posibilita la introducción del EGR en el circuito de admisión, en un punto aguas abajo del compresor centrífugo. La posibilidad de conectar la línea de EGR entre una zona de alta presión y otra de baja presión permite producir tasas muy elevadas de EGR como demandarán los motores futuros.Thanks to the EGR being recirculated from a downstream position of particle traps 45 and upstream from turbine 15, EGR is obtained at high pressure and clean of particles In turn, the EGR is partially refrigerated thanks as it passes through the chamber 33 located between the external housing 21 and the inner wall 31. This allows the introduction of the EGR into the intake circuit, at a point downstream of the compressor centrifugal. The possibility of connecting the EGR line between a high pressure and low pressure zone allows to produce rates very high EGR as future engines will demand.
Por otra parte, la reducción de la inercia térmica en la pared interior 31 del colector 11 y el aumento del aislamiento térmico debido a la doble pared proporcionada por la carcasa exterior 21 y la pared interior 31 contribuye a aumentar la energía disponible en los gases de escape a la entrada de la turbina 15 tanto en las fases transitorias como en las fases estacionarias del motor lo cual redunda, por una parte, en una mejora de la respuesta dinámica del turbogrupo y por ende del motor durante los transitorios y, por otra parte, en la mejora de la eficiencia global del motor en el caso de turbinas de geometría variable ó con "waste-gate"; siendo mayor o menor la mejora según sea el control de la turbina 15. A su vez, el calentamiento de la pared interior 31 del colector 11 en aquellas condiciones de funcionamiento de motor en las que se abre la válvula EGR 29 y se produce el flujo de EGR entre la pared interior 31 y la carcasa externa 21 del colector 11 (mayoritariamente condiciones de bajo grado de carga) aporta beneficios similares para la respuesta transitoria y para el rendimiento del motor.Moreover, the reduction of inertia thermal in the inner wall 31 of the manifold 11 and the increase of thermal insulation due to the double wall provided by the outer casing 21 and inner wall 31 contributes to increase the available energy in the exhaust gases at the turbine inlet 15 in both the transitional and stationary phases of the engine which results, on the one hand, in an improvement of the dynamic response of the turbogroup and therefore of the engine during the transitory and, on the other hand, in the improvement of global efficiency of the engine in the case of variable geometry turbines or with "waste-gate"; being better or smaller the improvement according to the turbine control 15. In turn, the heating of the inner wall 31 of the manifold 11 in those conditions of engine operation in which the EGR 29 valve is opened and produces the EGR flow between the inner wall 31 and the housing external 21 of manifold 11 (mostly low conditions degree of load) brings similar benefits for the response transient and for engine performance.
c) Los cuatro tubos 55 insertados en la parte final de las pipas de escape 17 tienen una forma cónica divergente en su zona de unión con la brida 23 con el objeto de distribuir los gases de escape en toda la sección frontal de las trampas de partículas 45, consiguiéndose con ello un aumento de su eficiencia del filtrado.c) The four tubes 55 inserted in the part end of the exhaust pipes 17 have a divergent conical shape in its area of connection with the flange 23 in order to distribute the exhaust gases throughout the front section of the traps particles 45, thereby achieving an increase in efficiency of the filtrate.
d) La configuración del conducto de salida 59 como una proyección de la pared interior 31 permite prolongar la doble pared dentro de la turbina 15 consiguiendo un efecto eyector que dificulta los reflujos de gases hacia el conducto de salida 27 de EGR.d) The configuration of the outlet duct 59 as a projection of the inner wall 31 allows to prolong the double wall inside the turbine 15 getting an ejector effect which hinders gas reflux towards the outlet duct 27 from EGR.
En la Figura 2 se ilustra una segunda realización preferente de la invención cuya principal diferencia con la realización que venimos de describir es que la trampa de partículas 45 no está dividida en varias partes encastradas en la ramas interiores 41 sino que se mantiene como un conjunto encastrado en un canal de filtrado 61 configurado en la zona posterior del colector 11 antes del conducto de salida 59.A second one is illustrated in Figure 2 preferred embodiment of the invention whose main difference with the realization that we have just described is that the trap of particles 45 is not divided into several parts embedded in the inner branches 41 but remains as an embedded set in a filtering channel 61 configured in the rear area of the manifold 11 before outlet duct 59.
Salvo en lo tocante a este aspecto los elementos básicos de la configuración del colector de escape 11 en la realización preferente que estamos describiendo son idénticos a la configuración anterior.Except with regard to this aspect the elements basic configuration of the exhaust manifold 11 in the preferred embodiment that we are describing are identical to the previous configuration.
Con esa configuración se proporciona un colector
11 con trampa de partículas 45 integrada en el punto 51 del
colector, dónde los gases de escape alcanzan la máxima temperatura
dentro del colector 11 y su flujo es más uniforme, lo cual facilita
la auto-regeneración de la trampa. No obstante, se
pierde la cualidad compacta que posee la configuración de la Figura
1, por lo que para mantener o mejorar la respuesta transitoria del
motor turbo-sobrealimentado, debido a la reducción
del transitorio de aceleración del turbogrupo durante los aumentos
de carga del motor, el colector 11 cuenta con el aislamiento térmico
que proporciona la cámara 33 y con la baja inercia térmica de la
pared interna 31 y del material cerámico de la trampa
45.With this configuration, a manifold 11 is provided with a particle trap 45 integrated at the point 51 of the manifold, where the exhaust gases reach the maximum temperature inside the manifold 11 and their flow is more uniform, which facilitates the self-regeneration of the trap. However, the compact quality of the configuration of Figure 1 is lost, so to maintain or improve the transient response of the turbocharged engine, due to the reduction of the turbo group acceleration transient during engine load increases , the manifold 11 has the thermal insulation provided by the chamber 33 and the low thermal inertia of the inner wall 31 and the ceramic material of the trap
Four. Five.
Por lo tanto, entre sus características técnicas y ventajas destacables cabe señalar las siguientes:Therefore, among its technical characteristics and notable advantages include the following:
a) La trampa de partículas 45 encastrada en un canal de filtrado 61 configurado en la zona posterior del colector 11 antes del conducto de salida 59 y por lo tanto aguas arriba de la turbina 15 en contraposición a una posición aguas abajo de la turbina 15 que es la posición que cabe considerar como estándar en la técnica anterior aunque también se conocen colectores con trampa de partículas situadas aguas arriba de la turbina 15.a) The particle trap 45 embedded in a filter channel 61 configured in the rear area of the collector 11 before outlet duct 59 and therefore upstream of turbine 15 as opposed to a position downstream of the turbine 15 which is the position that can be considered as standard in prior art although trap collectors are also known of particles located upstream of the turbine 15.
La ubicación de una trampa de partículas 45, única e íntegra, en el canal de filtrado 61 permite el uso de trampas de partículas cerámicas estándar ampliamente comercializadas, lo que abarata la construcción del sistema.The location of a particle trap 45, unique and complete, in the filtering channel 61 allows the use of Standard ceramic particle traps widely marketed, which makes the construction of the system cheaper.
A su vez, el hecho de que la trampa de
partículas 45 sea de un material con muy baja inercia térmica hace
que el transitorio térmico, hasta sus condiciones de equilibrio, sea
muy reducido en el tiempo y no represente una limitación en la
energía disponible en el turbogrupo y por lo tanto en la respuesta
transitoria del mismo durante los incrementos de carga del motor. Se
posibilita así mismo una auto-regeneración de la
trampa de partículas 45 mediante la auto-oxidación
de las partículas de carbonilla y de hidrocarburos atrapadas en
ellas debido a la alta temperatura que tienen los gases de escape en
el punto 51 del colector. La auto-regeneración evita
el uso de aditivos en el combustible, abaratando el mantenimiento y
simplificando el motor. La auto-regeneración
también evita la inyección de combustible para regenerar las trampas
lo que mejora el rendimiento medio del
motor.In turn, the fact that the particle trap 45 is made of a material with very low thermal inertia makes the thermal transient, up to its equilibrium conditions, very short in time and does not represent a limitation on the energy available in the turbogroup and therefore in the transient response thereof during increases in engine load. Likewise, a self-regeneration of the particle trap 45 is possible by means of the auto-oxidation of the particles of carbon and hydrocarbons trapped in them due to the high temperature of the exhaust gases at point 51 of the collector. The self-regeneration avoids the use of additives in the fuel, reducing maintenance and simplifying the engine. The self-regeneration also prevents fuel injection to regenerate the traps which improves the average performance of the
engine.
Por su parte, la colocación de la trampa de partículas 45 aguas arriba de la turbina 15 reduce la contrapresión del motor y aumenta el salto de entalpías en la turbina 15 y por lo tanto también aumenta la energía que la turbina 15 puede recuperar. Si la turbina está controlada por un "waste-gate" o es de geometría variable este hecho también redunda en una mejora del rendimiento global del motor. La razón es que la laminación del flujo de gases que se produce en la trampa de partículas 45 reduce la presión aguas arriba de la turbina 15 pero menos que cuando la trampa está aguas abajo de la turbina, debido a la mayor densidad de los gases de escape en esta ubicación. Además, la laminación de los gases en la trampa mantiene la entalpía de los gases de escape. Por lo tanto, cuando éstos se expanden en la turbina 15, pueden hacerlo casi hasta la presión atmosférica debido a que la trampa de partículas 45 se ha desplazado de su posición tradicional aguas abajo de la turbina.For its part, the placement of the trap particles 45 upstream of turbine 15 reduces back pressure of the engine and increases the jump of enthalpies in turbine 15 and so so much also increases the energy that the turbine 15 can recover. If the turbine is controlled by a "waste-gate" or is of variable geometry this done also results in an improvement in the overall performance of the engine. The reason is that the gas flow lamination that is produces in particle trap 45 reduces upstream pressure of turbine 15 but less than when the trap is downstream of the turbine, due to the higher density of the exhaust gases in this location In addition, the lamination of gases in the trap maintains the enthalpy of exhaust gases. Therefore when these expand in turbine 15, they can do so almost until atmospheric pressure because the particle trap 45 has displaced from its traditional position downstream of the turbine.
Adicionalmente, durante los procesos de regeneración de la trampa de partículas 45 se obtendrá una mayor temperatura de los gases de escape aguas arriba de la turbina 15 y por lo tanto mayor energía disponible en la misma, lo que redundará en una mejora de la eficiencia y de la respuesta transitoria del motor. La mayor temperatura de los gases de escape también ayudará en los fenómenos catalíticos (producidos en el catalizador, situado aguas abajo de la turbina 15) durante las fases de regeneración de la trampa 45.Additionally, during the processes of regeneration of the particle trap 45 will result in greater exhaust gas temperature upstream of turbine 15 and therefore more energy available in it, which will result in in an improvement of the efficiency and the transient response of engine. The higher temperature of the exhaust gases will also help in catalytic phenomena (produced in the catalyst, located downstream of the turbine 15) during the regeneration phases of the trap 45.
b) La configuración de doble pared aportada por una carcasa exterior 21 convencional y una pared interior 31 de baja inercia térmica permite la recirculación de gases de escape través de la cámara de regulación 33. El EGR sale a través de los orificios 35 practicados en la pared interior 21 y ocupa la cámara 33 existente entre la pared interior 31 y la carcasa externa 21. El EGR será evacuado de esta cámara 33 a través de una electroválvula 29 controlada por la unidad de control del motor (ECU) y acoplada a un conducto de salida 27 del colector 11. Los orificios 35 y el conducto de salida 27 se sitúan en extremos opuestos del colector 11, los primeros en una posición próxima a la brida 25 y posterior a la trampa de partículas 45 y el segundo en una posición próxima a la brida 23, a fin de que el flujo de EGR llene toda la cámara 33 entre la pared interior 31 y la carcasa externa 21. El objeto de este llenado es doble, lograr, por un lado, un primer grado de enfriamiento del EGR en la cámara 33 y, por otro, calentar los gases de escape en el interior de la trampa 45 y de la cámara colectora formada por la pared 31.b) The double wall configuration provided by a conventional outer casing 21 and a low inner wall 31 thermal inertia allows the recirculation of exhaust gases through of the regulation chamber 33. The EGR exits through the holes 35 practiced on the inner wall 21 and occupies the chamber 33 existing between the inner wall 31 and the outer shell 21. The EGR will be evacuated from this chamber 33 through a solenoid valve 29 controlled by the engine control unit (ECU) and coupled to a outlet duct 27 of the manifold 11. The holes 35 and the outlet duct 27 are located at opposite ends of the manifold 11, the first in a position close to flange 25 and after the particle trap 45 and the second in a position close to the flange 23, so that the EGR flow fills the entire chamber 33 between the inner wall 31 and the outer shell 21. The purpose of this filling is double, achieve, on the one hand, a first degree of EGR cooling in chamber 33 and, on the other, heating the gases exhaust inside the trap 45 and the collection chamber formed by the wall 31.
Gracias a que el EGR se recircula desde una posición aguas abajo de la trampa de partículas 45 y aguas arriba de la turbina 15 se obtiene EGR a alta presión y limpio de partículas. A su vez, el EGR está parcialmente refrigerado gracias a su paso por la cámara 33 situada entre la carcasa externa 21 y la pared interior 31. Ello posibilita la introducción del EGR en el circuito de admisión, en un punto aguas abajo del compresor centrífugo. La posibilidad de conectar la línea de EGR entre una zona de alta presión y otra de baja presión permite producir tasas muy elevadas de EGR como demandarán los motores futuros.Thanks to the EGR being recirculated from a position downstream of the particle trap 45 and upstream of the turbine 15 obtains EGR at high pressure and clean of particles. In turn, the EGR is partially refrigerated thanks to its passage through the chamber 33 located between the outer casing 21 and the inner wall 31. This allows the introduction of the EGR in the circuit of intake, at a point downstream of the centrifugal compressor. The possibility of connecting the EGR line between a high zone pressure and other low pressure can produce very high rates of EGR as future engines will demand.
Por otra parte, la reducción de la inercia térmica en la pared interior 31 del colector 11 y el aumento del aislamiento térmico debido a la doble pared proporcionada por la carcasa exterior 21 y la pared interior 31 contribuye a mantener o aumentar la energía disponible en los gases de escape a la entrada de la turbina 15 tanto en las fases transitorias como en las fases estacionarias del motor lo cual redunda, por una parte, en mantenimiento o mejora de la respuesta dinámica del turbogrupo y por ende del motor durante los transitorios y, por otra parte, en la mejora de la eficiencia global del motor en el caso de turbinas de geometría variable ó con "waste-gate"; siendo mayor o menor la mejora según sea el control de la turbina 15. A su vez, el calentamiento de la pared interior 31 del colector 11 en aquellas condiciones de funcionamiento de motor en las que se abre la válvula EGR 29 y se produce el flujo de EGR entre la pared interior 31 y la carcasa externa 21 del colector 11 (mayoritariamente condiciones de bajo grado de carga) aporta beneficios similares para la respuesta transitoria y para el rendimiento del motor.Moreover, the reduction of inertia thermal in the inner wall 31 of the manifold 11 and the increase of thermal insulation due to the double wall provided by the outer shell 21 and inner wall 31 contributes to maintaining or increase the available energy in the exhaust gases at the inlet of the turbine 15 both in the transitional phases and in the phases stationary engine which results, on the one hand, in maintenance or improvement of the dynamic response of the turbogroup and hence the motor during transients and, on the other hand, in the improvement of the overall efficiency of the engine in the case of turbines variable geometry or with "waste-gate"; being major or minor improvement depending on the turbine control 15. At your time, the heating of the inner wall 31 of the manifold 11 in those engine operating conditions in which it opens EGR valve 29 and EGR flow occurs between the wall inner 31 and outer casing 21 of manifold 11 (mostly low load conditions) provides similar benefits for the transient response and for the engine performance
c) Los cuatro tubos 55 insertados en la parte final de las pipas de escape 17 contribuyen a aumentar la temperatura de los gases de escape en el colector 11 al formar una cámara ciega entre ellos y las paredes de las pipas de escape 17, evitando el enfriamiento de los gases de escape al contactar con las paredes de la culata 13. Los cuatro tubos 55 tienen una forma cónica divergente en su zona de unión con la brida 23 con el objeto de reducir las pérdidas de carga del flujo en el cambio de sección que sufre al pasar de los tubos 55 a las ramas 41.c) The four tubes 55 inserted in the part end of the exhaust pipes 17 contribute to increase the temperature of the exhaust gases in the manifold 11 when forming a blind chamber between them and the walls of the exhaust pipes 17, avoiding the cooling of exhaust gases by contacting cylinder head walls 13. The four tubes 55 have a conical shape divergent in its area of connection with the flange 23 in order to reduce the flow losses in the section change that it suffers when passing from tubes 55 to branches 41.
d) La configuración del conducto de salida 59 como una proyección de la pared interior 31 permite prolongar la doble pared dentro de la turbina 15 consiguiendo un efecto eyector que dificulta los reflujos de gases hacia el conducto de salida 27 de EGR.d) The configuration of the outlet duct 59 as a projection of the inner wall 31 allows to prolong the double wall inside the turbine 15 getting an ejector effect which hinders gas reflux towards the outlet duct 27 from EGR.
En definitiva, cabe decir que el colector objeto de la presente invención permite conseguir los siguientes efectos sinérgicos:In short, it should be said that the object collector of the present invention allows to achieve the following effects synergistic:
- La disposición de la o las trampas de partículas 45 aguas arriba de la turbina 15 y el mayor aprovechamiento de la energía de los gases de escape en la turbina que ello conlleva supone una mejora del consumo específico del motor por un mejor aprovechamiento de los fenómenos visco-elásticos de los gases de escape (menor contrapresión neta para el motor y mayor expansión de los gases de escape en la turbina).- The disposition of the trap or traps of particles 45 upstream of turbine 15 and the largest use of the energy of the exhaust gases in the turbine that this implies an improvement of the specific consumption of the engine for a better use of phenomena visco-elastic exhaust gas (lower net back pressure for the engine and further expansion of gasses from exhaust in the turbine).
- La ubicación encastrada de la o las trampas de partículas 45 bien en las ramas interiores 41 del colector 11 en la primera realización de la invención, bien en el canal de filtrado 61 en la segunda realización de la invención junto con la existencia de la cámara 33 entre la carcasa exterior 21 y la pared interior 31 permite que salga del colector 11 un flujo de EGR por una parte limpio de partículas y por la otra con un cierto grado de enfriamiento.- The embedded location of the trap or traps of particles 45 well in the inner branches 41 of the manifold 11 in the first embodiment of the invention, either in the filtering channel 61 in the second embodiment of the invention together with the existence of the chamber 33 between the outer shell 21 and the inner wall 31 it allows a flow of EGR on the one hand out of the manifold 11 clean of particles and on the other with a certain degree of cooling.
- La cámara 33 entre la carcasa exterior 21 y la pared interior 31 proporciona un alto grado de aislamiento de los gases de escape que, tras pasar por las trampas de partículas 45, llegan a la turbina 15 minimizando las pérdidas de temperatura lo que supone una mejora tanto en la regeneración de las trampas de partículas como en la cantidad de energía que se recupera en la turbina 15.- The chamber 33 between the outer casing 21 and the inner wall 31 provides a high degree of insulation from the exhaust gases that, after passing through the particle traps 45, they reach turbine 15 minimizing temperature losses which is an improvement both in the regeneration of the traps of particles as in the amount of energy that is recovered in the turbine 15.
Respecto a las realizaciones descritas de la invención, pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas dentro del alcance definido por las siguientes reivindicaciones.Regarding the described embodiments of the invention, those modifications included can be introduced within the scope defined by the following claims.
Claims (8)
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200900483A ES2359307B2 (en) | 2009-02-13 | 2009-02-13 | EXHAUST MANIFOLD OF A TURBO-SUPPLIED ALTERNATIVE ENGINE. |
| PCT/ES2010/000050 WO2010092201A1 (en) | 2009-02-13 | 2010-02-08 | Exhaust manifold of a turbo-supercharged reciprocating engine |
| CN2010800165080A CN102395764A (en) | 2009-02-13 | 2010-02-08 | Exhaust manifold of a turbo-supercharged reciprocating engine |
| JP2011549614A JP2012518115A (en) | 2009-02-13 | 2010-02-08 | Exhaust manifold for reciprocating engine with turbocharger |
| EP10740941A EP2397664A4 (en) | 2009-02-13 | 2010-02-08 | Exhaust manifold of a turbo-supercharged reciprocating engine |
| US13/207,482 US8291699B2 (en) | 2009-02-13 | 2011-08-11 | Exhaust manifold of a turbo-supercharged reciprocating engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200900483A ES2359307B2 (en) | 2009-02-13 | 2009-02-13 | EXHAUST MANIFOLD OF A TURBO-SUPPLIED ALTERNATIVE ENGINE. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2359307A1 ES2359307A1 (en) | 2011-05-20 |
| ES2359307B2 true ES2359307B2 (en) | 2011-10-14 |
Family
ID=42561431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200900483A Active ES2359307B2 (en) | 2009-02-13 | 2009-02-13 | EXHAUST MANIFOLD OF A TURBO-SUPPLIED ALTERNATIVE ENGINE. |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8291699B2 (en) |
| EP (1) | EP2397664A4 (en) |
| JP (1) | JP2012518115A (en) |
| CN (1) | CN102395764A (en) |
| ES (1) | ES2359307B2 (en) |
| WO (1) | WO2010092201A1 (en) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009011379B4 (en) * | 2009-03-05 | 2012-07-05 | Benteler Automobiltechnik Gmbh | exhaust assembly |
| US8607566B2 (en) * | 2011-04-15 | 2013-12-17 | GM Global Technology Operations LLC | Internal combustion engine with emission treatment interposed between two expansion phases |
| US8950176B2 (en) * | 2011-06-29 | 2015-02-10 | Electro-Motive Diesel, Inc. | System for reducing engine emissions and backpressure using parallel emission reduction equipment |
| ES2401871B2 (en) * | 2011-09-23 | 2013-09-09 | Univ Valencia Politecnica | EXHAUST GAS TREATMENT DEVICE DE LOS MCIA DIESEL TURBO-supercharged |
| JP5916366B2 (en) * | 2011-12-12 | 2016-05-11 | 日野自動車株式会社 | Exhaust gas recirculation device |
| DE102012021778B4 (en) * | 2012-11-06 | 2016-03-10 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Mixture-charged gas engine and method for compensating for volumetric deviations in a mixed supercharged gas engine |
| FR3000134B1 (en) * | 2012-12-26 | 2014-12-05 | Renault Sa | EXHAUST DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
| JP6205730B2 (en) * | 2013-01-21 | 2017-10-04 | スズキ株式会社 | cylinder head |
| AU2014269934A1 (en) | 2013-05-23 | 2015-12-10 | Davidshield L.I.A. (2000) Ltd. | Automated reimbursement interactions |
| JP6267607B2 (en) * | 2014-09-02 | 2018-01-24 | 株式会社クボタ | Exhaust system for multi-cylinder engine |
| KR102265700B1 (en) * | 2015-03-09 | 2021-06-16 | 엘지이노텍 주식회사 | Shark pin antenna with vehicle type V2X communication system |
| DE102016213386A1 (en) * | 2016-07-21 | 2018-01-25 | Ford Global Technologies, Llc | Internal combustion engine with turbocharging and method for operating such an internal combustion engine |
| CN112513437B (en) * | 2018-05-15 | 2023-04-14 | 康明斯公司 | Double-walled integrated flange joint |
| US10590817B1 (en) * | 2018-06-11 | 2020-03-17 | Joseph R. Zelinski | Liquid cooled exhaust manifold |
| FR3084109B1 (en) * | 2018-07-23 | 2022-08-19 | Renault Sas | THERMAL INSULATION DEVICE TO THE THERMAL ENGINE EXHAUST |
| KR20200066973A (en) * | 2018-12-03 | 2020-06-11 | 현대자동차주식회사 | Exhaust gas recirculation cooler assembly |
| CN115478931A (en) * | 2022-08-25 | 2022-12-16 | 成都天地直方发动机有限公司 | Tail gas purification device of mining explosion-proof high-pressure common rail diesel engine |
| CN115450731B (en) * | 2022-11-13 | 2024-01-26 | 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司 | Distributed particle trapping device for explosion-proof diesel engine |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5257291Y2 (en) * | 1975-08-04 | 1977-12-26 | ||
| JPS5256220A (en) * | 1975-11-05 | 1977-05-09 | Nissan Motor Co Ltd | Reactor |
| JPH0623535B2 (en) * | 1985-10-28 | 1994-03-30 | 日産自動車株式会社 | Exhaust particulate treatment device for internal combustion engine |
| DE3711101A1 (en) * | 1986-04-11 | 1987-10-22 | Volkswagen Ag | Exhaust manifold with a filter with catalytic coating for solid particles |
| US5220789A (en) * | 1991-03-05 | 1993-06-22 | Ford Motor Company | Integral unitary manifold-muffler-catalyst device |
| US5272874A (en) * | 1991-09-26 | 1993-12-28 | Dry Systems Technologies | Exhaust treatment system |
| US5701736A (en) * | 1994-12-19 | 1997-12-30 | Nippon Soken, Inc. | Apparatus for purifying exhaust gas |
| JPH08334017A (en) * | 1995-06-07 | 1996-12-17 | Nissan Motor Co Ltd | Double exhaust pipe of engine |
| JP3395533B2 (en) * | 1996-08-09 | 2003-04-14 | トヨタ自動車株式会社 | Diesel engine exhaust purification system |
| JP3374779B2 (en) * | 1998-07-03 | 2003-02-10 | トヨタ自動車株式会社 | Exhaust gas purification device for internal combustion engine |
| DE10104840C2 (en) * | 2001-02-01 | 2002-12-12 | Benteler Automobiltechnik Gmbh | Device for forwarding exhaust gases emerging from internal combustion engines |
| JP2002364335A (en) * | 2001-06-11 | 2002-12-18 | Toyota Motor Corp | Exhaust emission control device |
| JP4623869B2 (en) * | 2001-06-26 | 2011-02-02 | トヨタ自動車株式会社 | Exhaust gas purification device and exhaust gas purification method |
| JP2005232996A (en) * | 2004-02-17 | 2005-09-02 | Mitsubishi Motors Corp | Exhaust gas recirculating system |
| JP2006291739A (en) * | 2005-04-06 | 2006-10-26 | Hino Motors Ltd | Egr device |
| DE102005025731A1 (en) * | 2005-06-04 | 2006-12-07 | Daimlerchrysler Ag | Exhaust gas system for internal combustion engine has thin-walled shell-shaped insert fixed in exhaust gas channel |
| US7296403B2 (en) * | 2005-11-03 | 2007-11-20 | Ford Global Technologies, Llc | Dual walled particular filter for transporting filtered exhaust to a compressor of a diesel engine turbocharger |
| US7552586B1 (en) * | 2005-12-12 | 2009-06-30 | Brunswick Corporation | Marine exhaust system with a downstream oxygen sensor located away from a water reversion liquid trajectory path |
-
2009
- 2009-02-13 ES ES200900483A patent/ES2359307B2/en active Active
-
2010
- 2010-02-08 JP JP2011549614A patent/JP2012518115A/en active Pending
- 2010-02-08 EP EP10740941A patent/EP2397664A4/en not_active Withdrawn
- 2010-02-08 WO PCT/ES2010/000050 patent/WO2010092201A1/en active Application Filing
- 2010-02-08 CN CN2010800165080A patent/CN102395764A/en active Pending
-
2011
- 2011-08-11 US US13/207,482 patent/US8291699B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2359307A1 (en) | 2011-05-20 |
| EP2397664A4 (en) | 2012-12-19 |
| EP2397664A1 (en) | 2011-12-21 |
| WO2010092201A1 (en) | 2010-08-19 |
| CN102395764A (en) | 2012-03-28 |
| JP2012518115A (en) | 2012-08-09 |
| US8291699B2 (en) | 2012-10-23 |
| US20120023929A1 (en) | 2012-02-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2359307B2 (en) | EXHAUST MANIFOLD OF A TURBO-SUPPLIED ALTERNATIVE ENGINE. | |
| CN103362632B (en) | For the gas handling system of internal-combustion engine | |
| US5269143A (en) | Diesel engine turbo-expander | |
| JP4609243B2 (en) | Exhaust gas recirculation device | |
| US4702079A (en) | Air-cooled type intercooler for a supercharged internal combustion engine | |
| CN103061865B (en) | Intercooler for vehicle | |
| JP2012149558A (en) | Exhaust gas recirculation system of internal combustion engine | |
| JP5141585B2 (en) | Foreign matter collecting device with cooler | |
| JP4765711B2 (en) | Engine intake / exhaust system | |
| US20100044022A1 (en) | Air-to-air cooling assembly | |
| KR20110071315A (en) | Egr cooler | |
| JP2007032394A (en) | V-engine | |
| JP2002364335A (en) | Exhaust emission control device | |
| JP2010270604A (en) | Exhaust gas cooling device | |
| CN215860544U (en) | Engine exhaust gas recirculation system | |
| KR101172065B1 (en) | Intercooler | |
| JP2015137630A (en) | Exhaust emission control system and control method for same | |
| JP2008255853A (en) | Exhaust gas recirculation device for internal combustion engine | |
| JPS5843563B2 (en) | Internal combustion engine exhaust purification device | |
| JPH0232858Y2 (en) | ||
| JP7151209B2 (en) | Intake system for multi-cylinder engine | |
| KR200259609Y1 (en) | Intaking and exhausting system for a vessel engine | |
| JPH0640321U (en) | Air-cooled intercooler | |
| CN200996342Y (en) | Air inlet | |
| RU45003U1 (en) | CATALYTIC NEUTRALIZER FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2359307 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B2 Effective date: 20111014 |